專利名稱：暫態(tài)行波幅值積分式超高速母線保護(hù)系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種暫態(tài)行波幅值積分式超高速母線保護(hù)系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
聯(lián)系各種電力元件如電源、輸電線路和負(fù)荷的變電站母線是電力系統(tǒng)最重要的 元件之一。如果母線上發(fā)生故障，母線保護(hù)必須快速切除聯(lián)接其上的所有元件。一旦 母線保護(hù)發(fā)生誤判行為，輕則導(dǎo)致?lián)p失大量功率或者影響設(shè)備安全，重則導(dǎo)致大面積停 電，甚至引起系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，其后果可能是災(zāi)難性的。因此設(shè)計(jì)合理的母線保護(hù)方 案、選擇優(yōu)異的保護(hù)算法，對(duì)母線保護(hù)的可靠性、選擇性和靈敏性以及動(dòng)作速度都至關(guān) 重要。按照保護(hù)原理劃分，母線保護(hù)主要有基于工頻量保護(hù)和基于暫態(tài)量保護(hù)兩大 類。其中工頻量電流差動(dòng)保護(hù)是目前應(yīng)用最廣泛的母線保護(hù)，但是在各種因素的影響 下，如CT誤差、比例誤配以及在外部故障時(shí)部分CT的飽和等，都有可能導(dǎo)致此類保護(hù) 的誤操作。比例差動(dòng)原理的引入可解決上述因素的影響，但它也同時(shí)降低了差動(dòng)保護(hù)的 靈敏度。為了消除故障暫態(tài)過程的影響，基于工頻量的保護(hù)均采取濾波技術(shù)濾除故障高 頻分量，而濾波勢(shì)必延長(zhǎng)信號(hào)的處理過程，影響保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。同時(shí)，聯(lián)于變電站母 線上的元件較多，這可能進(jìn)一步影響保護(hù)對(duì)故障的判斷時(shí)間，因此該原理保護(hù)一般靈敏 度較低，動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。實(shí)際上，故障暫態(tài)過程包含有豐富的故障信息，如果能夠從中準(zhǔn)確地提取出故 障特征，則可實(shí)現(xiàn)超高速保護(hù)。由于基于高頻暫態(tài)量的保護(hù)一般在CT飽和之前既已完 成對(duì)故障的判斷，因此CT飽和不會(huì)影響保護(hù)的性能。文獻(xiàn)[葛耀中，董杏麗，董新洲， 等.基于小波分析的電流行波母線的研究(一)原理與判據(jù)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2003， 18(2) 95-99.，李偉，王倩，杜延輝.基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)暫態(tài)特征提取的分布式母線保護(hù) [J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(2) 11-15.]提出了基于暫態(tài)電流的母線保護(hù)算法， 并利用小波變換技術(shù)或數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)技術(shù)識(shí)別故障特征，但此類算法只采用暫態(tài)電流信 號(hào)，如果發(fā)生小初始角故障，則對(duì)其識(shí)別方法產(chǎn)生重大影響。文獻(xiàn)[段建東，張保會(huì)， 張勝祥.利用線路暫態(tài)行波功率方向的分布式母線保護(hù)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004， 24(6) 7-12.]提出了利用線路暫態(tài)行波功率方向的分布式母線保護(hù)，采用小波變換提取 初始電壓行波和電流行波的模量極大值，由二者的組合確定故障方向，綜合各元件的判 別結(jié)果最終識(shí)別母線區(qū)內(nèi)外故障，但該方法仍然沒有解決小初始角故障的影響問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，檢測(cè)速度 快，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)的暫態(tài)行波幅值積分式超高速母線保護(hù)系統(tǒng)及其方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種暫態(tài)行波幅值積分式超高速母線保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由分布式母線保護(hù)單元和信號(hào)總線組成。母線上有N條出線，則在每條出線處裝設(shè)一個(gè)保護(hù)單元，共安裝N 個(gè)單元，各保護(hù)單元之間可通過信號(hào)總線進(jìn)行通信。其工作流程如下每個(gè)保護(hù)單元采 集本線路的電流、電壓信號(hào)和開關(guān)的位置信號(hào)，各單元獨(dú)立進(jìn)行所在線路故障方向的判 斷；若某保護(hù)單元判別出本線路發(fā)生正方向故障，則發(fā)出閉鎖動(dòng)作信息并通過信號(hào)總線 將判別結(jié)果傳給其它保護(hù)單元，同時(shí)接收其它單元對(duì)各自線路故障方向的判別結(jié)果；每 個(gè)保護(hù)單元綜合分析所有保護(hù)單元的判別結(jié)果，進(jìn)而確定母線狀態(tài)；若各保護(hù)單元均判 斷故障來自反方向，則得出母線發(fā)生故障，從而立即發(fā)出指令跳開各自側(cè)開關(guān)，將故障 母線隔離；否則，母線未發(fā)生故障，不需隔離。 所述保護(hù)單元是一種保護(hù)裝置，就地安裝在各條線路的出口處，能夠獨(dú)立進(jìn)行 該線路故障方向的判斷，并能夠控制本線路的開關(guān)，各保護(hù)單元經(jīng)信號(hào)總線進(jìn)行相互通一種暫態(tài)行波幅值積分式超高速母線保護(hù)方法，利用母線故障時(shí)，在所有出線 上檢測(cè)到的初始暫態(tài)行波均來自于線路的背后，是正向行波；而線路故障時(shí)，在所有非 故障線路上檢測(cè)到的初始行波是正向行波，但故障線路上檢測(cè)到的初始行波是反向行波 的特點(diǎn)，根據(jù)故障后特定時(shí)間內(nèi)各條出線上正向行波幅值積分和反向行波幅值積分的比 值關(guān)系，識(shí)別母線故障還是線路故障，并采取相應(yīng)的措施。所述識(shí)別母線是否故障的依據(jù)是當(dāng)某條出線正向故障時(shí)，在此線路的出口處 所檢測(cè)到的正向行波等于反向行波乘以反射系數(shù)；而反向故障時(shí)，正向行波等于背側(cè)入 射波的折射波，而反向行波等于零；當(dāng)母線上發(fā)生故障時(shí)，在所有線路的出口處只能檢 測(cè)到正向行波，而無反向行波；對(duì)于正向故障，正向行波的幅值小于反向行波的幅值； 而對(duì)于反向故障，正向行波的幅值遠(yuǎn)大于反向行波的幅值，據(jù)此即可判斷母線是否故 障。本發(fā)明提出了一種暫態(tài)行波幅值積分式超高速母線保護(hù)技術(shù)。該技術(shù)是利用母 線故障時(shí)，在所有出線上檢測(cè)到的初始暫態(tài)行波均來自于線路的背后，是正向行波；而 線路故障時(shí)，在所有非故障線路上檢測(cè)到的初始行波是正向行波，但故障線路上檢測(cè)到 的初始行波是反向行波。根據(jù)故障后特定時(shí)間內(nèi)各條出線上正向行波幅值積分和反向行 波幅值積分的比值關(guān)系，可以快速地識(shí)別出母線故障還是線路故障。通過對(duì)一典型的 變電站母線進(jìn)行了仿真，設(shè)置各種故障條件，以此驗(yàn)證該母線保護(hù)原理的正確性和有效 性。保護(hù)原理1.1故障行波的基本理論

圖1所示為一簡(jiǎn)單的變電站母線，共有η條出線，分別為^至^，線路的波阻抗 均為Ζ。。當(dāng)線路I1上某點(diǎn)fl處發(fā)生故障時(shí)，由疊加理論可知，線路上的任何故障相當(dāng)于 在故障點(diǎn)附加一電壓源，由此產(chǎn)生的行波從擾動(dòng)點(diǎn)沿線路向兩側(cè)傳播，并在波阻抗不連 續(xù)處產(chǎn)生折反射。以保護(hù)檢測(cè)點(diǎn)R1為起點(diǎn)，在線路上任意一點(diǎn)χ處，由波動(dòng)方程可得該 點(diǎn)的暫態(tài)電壓、電流為
XXAu = u+(t — _) + u'(t + —)(1)
VV
權(quán)利要求
1.一種暫態(tài)行波幅值積分式超高速母線保護(hù)系統(tǒng)，其特征是，若母線上連接有N條 出線，則在每條出線的出口處就地安裝N個(gè)保護(hù)單元；保護(hù)單元之間通過信號(hào)總線相互 通信；各保護(hù)單元高速采集本線路的電流、電壓信號(hào)，獨(dú)立進(jìn)行故障方向的判斷；如果 某保護(hù)單元判別出本線路發(fā)生正方向故障，則發(fā)出閉鎖動(dòng)作信息并通過信號(hào)總線將判別 結(jié)果傳給其他保護(hù)單元，同時(shí)接收其它單元對(duì)各自線路故障方向的判別結(jié)果，每個(gè)保護(hù) 單元綜合分析所有保護(hù)單元的判別結(jié)果，進(jìn)而確定母線狀態(tài)；若各保護(hù)單元均判斷故障 來自反方向，則確定母線發(fā)生故障，從而立即發(fā)出指令跳開各自側(cè)開關(guān)，將故障母線隔 離；否則，母線未發(fā)生故障，不需隔離。
2.—種暫態(tài)行波幅值積分式超高速母線保護(hù)方法，其特征是，利用母線故障時(shí)，在 所有出線上檢測(cè)到的初始暫態(tài)行波均來自于線路的背后，是正向行波；而線路故障時(shí)， 在所有非故障線路上檢測(cè)到的初始行波是正向行波，但故障線路上檢測(cè)到的初始行波是 反向行波的特點(diǎn)，根據(jù)故障后特定時(shí)間內(nèi)各條出線上正向行波幅值積分和反向行波幅值 積分的比值關(guān)系，識(shí)別母線故障還是線路故障，并采取相應(yīng)的措施。
3.如權(quán)利要求2所述的暫態(tài)行波幅值積分式超高速母線保護(hù)方法，其特征是，所述識(shí) 別母線是否故障的依據(jù)是當(dāng)某條出線正向故障時(shí)，在此線路的出口處所檢測(cè)到的正向 行波等于反向行波乘以反射系數(shù)；而反向故障時(shí)，正向行波等于背側(cè)入射波的折射波， 而反向行波等于零；當(dāng)母線上發(fā)生故障時(shí)，在一定的時(shí)間段內(nèi)，在所有線路的出口處只 能檢測(cè)到正向行波，而無反向行波；對(duì)于正向故障，正向行波的幅值積分小于反向行波 的幅值積分；而對(duì)于反向故障，正向行波的幅值積分遠(yuǎn)大于反向行波的幅值積分，據(jù)此 即可判斷母線是否故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，檢測(cè)速度快，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)的暫態(tài)行波幅值積分式超高速母線保護(hù)系統(tǒng)及其方法。若母線上連接有N條出線，則在每條出線的出口處就地安裝N個(gè)保護(hù)單元；保護(hù)單元之間通過信號(hào)總線相互通信；各保護(hù)單元高速采集本線路的電流、電壓信號(hào)，獨(dú)立進(jìn)行故障方向的判斷；如果某保護(hù)單元判別出本線路發(fā)生正方向故障，則發(fā)出閉鎖動(dòng)作信息并通過信號(hào)總線將判別結(jié)果傳給其他保護(hù)單元，同時(shí)接收其它單元對(duì)各自線路故障方向的判別結(jié)果，每個(gè)保護(hù)單元綜合分析所有保護(hù)單元的判別結(jié)果，進(jìn)而確定母線狀態(tài)；若各保護(hù)單元均判斷故障來自反方向，則確定母線發(fā)生故障，從而立即發(fā)出指令跳開各自側(cè)開關(guān)，將故障母線隔離；否則，母線未發(fā)生故障，不需隔離。
文檔編號(hào)H02H7/22GK102013671SQ20101058421
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者鄒貴彬, 高厚磊 申請(qǐng)人:山東大學(xué)